乏燃料加工工程

背景

安全存储乏核燃料(SNF)的过程工程是全球挑战,福斯克&Associates,LLC(FAI)积极参与其中。 例如,在美国能源部(DOE)汉福德工厂,降解后的金属SNF已存储在水下的K West盆地中。这种燃料类似于在英国塞拉菲尔德(Sellafield)池塘中命名为FGMSP的Magnox燃料,尤其是一种补救措施是将燃料从湿池存储转移到中期干存储。 降解燃料的湿存储已形成大量的铀金属轴承污泥,这在开发潜在的修复工艺方面提出了独特的挑战。

干存储处理

最难处理的SNF流是通过处理损坏的SNF元素而产生的金属铀颗粒流。 FAI已对真空干燥金属SNF颗粒特有的物理和化学过程进行了基础研究和开发。这项工作的目的是为对用于损坏的SNF元件的现有冷真空干燥(CVD)工艺进行最小化设计更改提供技术基础。 (FAI也支持较早开发完整但损坏的燃料的CVD工艺规范。)

FAI使用分级方法解决了SNF颗粒的热稳定性问题,该方法从简化模型开始,最终包括多维瞬态计算(请参见下图)。发现颗粒中的热不稳定性的性质与大型SNF碎屑和高度损坏的燃料元件明显不同。该工作的最终产品是:

  • 升级到过程仿真软件 命运TM值 涵盖金属SNF微粒,废料和燃料真空干燥过程设计和安全分析需求的动态范围
  • 独立报告,其中包含有关物理和化学现象的详细信息
  • 验证和确认 命运TM值 用简化的方法
  • SNF颗粒的CVD的正常处理和事故情景的计算

R的总结&D努力可作为“金属废核燃料的真空干燥过程中的物理和化学过程”公开获得,论文59114,ASME 2011第14届国际环境修复和放射性废物管理国际会议论文集,ICEM2011,法国兰斯,9月25日至19日,2011年。 

真空核燃料颗粒真空干燥所考虑的过程

污泥处理

含有沉重的,会产生气体的嵌入颗粒的污泥的处理面临独特的困难。 特别地,这种污泥具有高的屈服应力,因此在污泥容器内产生的气体不容易逸出。 气泡不是通过污泥上升,而是趋于在污泥内聚结,有可能成长为更大的机械稳定气泡,可以取代上面的物质。 这会带来堵塞过滤器甚至从容器中释放污泥的不良后果。

稳定的气泡显然是不可取的,因此能够预测气泡的不稳定性(破裂)并在必要时评估可能破坏或阻止稳定气泡形成的容器设计特征非常重要。 FAI在分析核废料池污泥方面具有丰富的分析和实验经验。

FAI使用泰勒稳定性理论为污泥气泡的破裂建立了标准,对污泥气泡的稳定性进行了基础研究和开发。 然后,通过使用各种几何形状和比例尺进行的一系列实验验证了此预测标准(请参见下面的示例说明)。 对与容器壁有关的特定设计特征进行了评估,以证明其在防止或破坏气泡形成方面的有效性。

预测和防止气体起泡增长的污泥稳定性实验示例

专业/解决方案

FAI在去污和退役中产生的化学问题方面拥有广泛的专业知识(D&D)和核废料技术。 特别是,我们在进行研究和开发以支持美国能源部核设施修复方面拥有数十年的经验。我们的废物技术部门通过分析,软件开发和实验为各种核化学工程问题提供了过程工程和安全支持。

 与乏燃料处理有关的主要项目和设施应用是:

  • 爱达荷州国家实验室: 铝/水泥化学反应和氢可燃性的技术基础;粉尘爆炸混合废物处理的技术基础
  • SNF汉福德K盆地关闭微粒:R&D,乏核燃料微粒真空干燥的工艺开发和软件开发
  • SNF污泥汉福德的K盆地关闭: 使用FAI的FATE对核燃料污泥化学/热处理进行过程模拟TM值 software
  • 汉福德的PFP / PRF Finish涂装厂: 诉讼,试验和分析的气溶胶释放基础,解释了PRF爆炸事故
  • 汉福德乏核燃料项目: 钝化和存储2000吨受损的铀金属燃料的七个基本技术基础文件中的四个;用于过程安全,铀金属反应和自燃的软件
  • 汉福德乏核燃料污泥项目: 化学反应污泥性能技术基础;辐射分解,可燃气体和过程分析
  • 萨凡纳河和汉福德的核废料罐: 用于化学反应性废物的绝热量热法和传播管实验;氢混合和溶剂燃烧实验;流程安全软件
  • 废物封装&汉福德的存储设施: 锶铯胶囊的技术基础
  • 汉福德的废物处理厂:爆炸危险性分析;尽职调查和管理过渡;易燃气体设计指南
  • 汉福德的废物接收和包装设施: 火和源项分析
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